浅谈纤维增强复合材料（FRP）在木结构中的应用

张志勤

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

木结构作为我国建筑文化的主要传承形式，具有悠久的历史。作为装配式建筑形式之一的现代木结构在发达国家已有百余年历史，然而木结构却有耐火差、易腐蚀、易变形、干缩性大、易翘曲等缺点，这使得大量木结构建筑需要被修缮和加固。

纤维增强复合材料（FRP）具有质量轻，抗拉强度高和耐腐蚀性能好等优点，是一种很好的木结构加固材料，并且已广泛使用多年。FRP 可以通过对木材局部缺陷的桥接来限制甚至阻止局部裂缝的发展，最终达到提高结构刚度以及承载力的目的。采用FRP 对木结构进行增强或者加固可极大程度保留建筑物原貌，有很大的应用价值。

目前使用的FRP 主要有芳纶纤维（AFRP）、玄武岩纤维（BFRP）、碳纤维（CFRP）和玻璃纤维（GFRP）等纤维增强复合材料。且随着材料应用形态的不同，其加固方式也各不相同。本文以木梁为加固对象，对国内外FRP 对木结构的加固和修复技术进行了归纳和总结，并提出了今后FRP 加固木结构技术的研究重点。

一、FRP 对木结构的加固

（一）FRP 布加固

FRP 布加固指的是将一层或者多层FRP 纤维布通过环氧树脂胶外贴在木梁的表面。具体可以采用一个表面粘贴，多个表面粘贴或者整体缠绕的方式来起到加固的效果。

目前，这种加固方式最为常见，如Borri 等对20 根碳纤维增强复合材料（CFRP）布加固老旧木梁进行了四点弯曲试验；张莉用CFRP 布对木梁进行加固，通过梁底CFRP 布的层数和初始荷载两个参数进行控制；潘毅等对12 根玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）布加固圆截面木梁的受弯性能进行了研究。研究发现FRP 布对木梁加固使得其承载力提高显著。

（二）FRP 片板加固

FRP 片板加固采用的板材主要有BFRP 板、CFRP 板和GFRP 板，重点研究加固对象为胶合木。其加固技术通常为表面贴装技术，即采用环氧树脂胶将FRP 片板粘贴在木梁表面并固化；亦可以采用机械锚固与胶合锚固相结合的方式将FRP 板材布置在胶合木梁受拉区的内部。

近年来，国内外很多学者就FRP 片板对木材加固进行了研究，如Basterra L 等利用GFRP 板加固低等级速生材（杨木）制作的胶合木，Payam M 等将GFRP 板应用于速生材（杨木）制备的木片层积材LSL 中，使用这种加固方式可以改善木材的不均匀性，提高胶合木梁的刚度以及极限承载力，解决了速生材存在的一些问题，为其运用于结构提供了依据。也有郑玉槟等学者提出在加固用的FRP 板中加入预应力的想法，FRP 采用先张法施加预应力，并采用胶合与机械相结合的方式锚固于胶合木梁，最终得出了其预应力的损失情况。

（三）FRP 筋加固

FRP 筋的加固主要以胶合木梁为重点研究对象，研究其抗弯刚度和极限承载力的提升。具体加固方式为沿着与纹理平行的构件长度创建一个沟槽，放置FRP 筋，并填充胶体。

目前，国内外学者在该种加固方式的研究上取得了大量的研究成果，如鞠冬冬研究了CFRP 筋增强胶合木梁的抗弯性能，探究了有无粘结及预应力对胶合木梁增强效果的影响；Laura De Lorenzis 等研究了CFRP 筋与胶合木之间的界面粘结性能及增强梁的受弯性能；陈爱军等研究了BFRP 筋增强胶合木梁的受力性能。研究表明该种类型的加固方式可以提升梁的抗弯刚度以及极限承载力。

（五）FRP 型材加固

FRP 型材对木梁的加固具体方式为将FRP 型材外壳采用拉挤成型工艺与木梁内芯进行组合，且目前对该种加固方式研究较少。如齐玉军等对新型拉挤GFRP-轻木组合梁弯曲性能进行了试验研究；张玲峰等对采用GFRP 型材外壳增强拉挤复合材料木夹芯梁进行了弯曲试验研究。研究发现该种加固方式对梁极限承载力及抗弯刚度效果提升显著。

二、今后研究重点

目前对木梁的加固方式主要有FRP 布加固，FRP 片板加固，FRP 筋加固以及FRP 型材加固，主要研究其短期的受弯性能，并取得了一定成果，在很多其他方面还需要更深入地去研究：具体如下：

（一）应对FRP 加固木梁的抗剪机理和设计方法深入研究；（二）由于木结构易燃、耐火性较差，因此今后FRP 加固木梁的防火性能也是一个研究重点；（三）木结构在地震中损伤也很严重，因此FRP 加入木梁的抗震性能也需要深入地去研究。

三、结语

FRP 加固技术在木梁加固上的应用效果已经得到了很好的证明，具体加固方式有FRP 布加固，FRP 片板加固，FRP 筋加固以及FRP 型材加固。这些加固方式对木梁的抗弯刚度和极限承载力提升效果显著。今后FRP 加固木梁的研究重点为：（一）FRP 加固木梁的抗剪机理和设计方法研究；（二）FRP加固木梁的防火性能研究；（三）FRP 加固木梁的抗震性能研究。